1、 分析循環(huán)的目的方法步驟 1 朗肯循環(huán) 2 蒸汽參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響 3 再熱循環(huán) 4 回?zé)嵫h(huán) 動力裝置循環(huán)動力裝置循環(huán)首頁 分析動力循環(huán)的目的： 在于揭示循環(huán)中能量利用的完善程度，分析影響循環(huán)熱力性能的主要因素, 探討評價循環(huán)性能的方法，尋求提高循環(huán)經(jīng)濟性的途徑。 方法： 1.熱平衡法:以熱力學(xué)第一定律為依據(jù),從能量的數(shù)量關(guān)系 分析，用熱效率來評價循環(huán)的經(jīng)濟性。 2.熵分析法和分析法：以熱力學(xué)第一、第二定律為依據(jù)， 從能量的數(shù)量和質(zhì)量兩方面來分析，用作功能力損失和 效率來全面地評價循環(huán)的經(jīng)濟性。 步驟（以熱平衡法為例）： 1.將實際循環(huán)合理地抽象簡化為理想循環(huán)。 2.將簡化好的理想可逆循

2、環(huán)畫在p-v圖、T-s圖上。 3.對理想循環(huán)進行分析計算。 4.定性分析影響循環(huán)性能的主要因素，尋求提高循環(huán)經(jīng)濟性 的途徑。 5.分析實際循環(huán)與理想循環(huán)的偏離程度，對理想循環(huán)的計算 結(jié)果引入必要的修正，提出相應(yīng)的改善措施。 章節(jié)1 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)一、卡諾循環(huán)的局限性： ？熱力學(xué)第二定律證明了在相同的溫度限之間，卡諾循環(huán)的熱效率是最高的，為什么在蒸汽動力裝置中不采用卡諾循環(huán)呢？ （這是因為在實際采用卡諾循環(huán)時有很多困難。其定溫吸、放熱過程以氣體為工質(zhì)難以實現(xiàn)。以水蒸汽作為工質(zhì)利用工質(zhì)的集態(tài)變化可以實現(xiàn)，但僅局限于飽和蒸汽區(qū)）。如圖： 下一頁章節(jié)上一頁4123p1vpO(a)p2 1243TOs

3、（b） 飽和蒸汽卡諾循環(huán)的局限性：局限性：1) 濕蒸汽的絕熱壓縮過程難以實現(xiàn)。因為濕汽的比容比水 的比容大得多，壓縮濕汽耗功很大，且壓縮機工作極不穩(wěn)定。2) 卡諾循環(huán)局限在飽和區(qū)內(nèi)。工質(zhì)吸熱的上限溫度受臨界溫度的限制，工質(zhì)放熱的下限溫度受環(huán)境溫度的限制，所以熱效率也不很高。上限溫度較高的其它循環(huán)的熱效率完全有可能高于卡諾循環(huán)的效率。3) 飽和蒸汽膨脹終態(tài)的濕度很大，影響汽輪機工作的安全性。 分析卡諾循環(huán)存在的問題，為改進實際循環(huán)指明了方向。實際蒸汽動力循環(huán)均以朗肯循環(huán)為基礎(chǔ)。下一頁章節(jié)上一頁二、朗肯循環(huán):1概念： 朗肯循環(huán)系統(tǒng)的組成： 鍋爐、汽輪機、凝汽器和水泵四大主要設(shè)備用管道連接。 針對飽

4、和蒸汽卡諾循環(huán)的局限性進行的改進：1）使放熱過程一直延至蒸汽全部凝結(jié)成飽和水，用水泵取代壓縮機，水泵耗功比壓縮機少得多且工作穩(wěn)定。2）使工質(zhì)的吸熱過程沿等壓線延至過熱蒸汽區(qū)，提高了循環(huán)的平均吸熱溫度，既提高了循環(huán)熱效率又增大了乏汽的干度。 朗肯循環(huán)是切實可行的蒸汽動力裝置基本循環(huán)，現(xiàn)在各種較復(fù)雜的蒸汽動力循環(huán)都是在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上予以改進而得到的。下一頁章節(jié)上一頁2分析簡化： 工質(zhì)的工作流程簡圖如圖： 方法：根據(jù)每一設(shè)備的工作 特點將其中的實際工作過程用近 似的或等效的可逆過程代替。 循環(huán)由下列過程組成： 吸熱過程（4-5-6-1）：可 看作可逆定壓吸熱過程。 膨脹過程（1-2）：可看作可逆絕

5、熱（定熵）膨脹過程。 放熱過程（2-3）：可看作可逆定壓放熱過程同時也是定溫過程。 壓縮過程（3-4）：可看作可逆絕熱（定熵）壓縮過程。 壓力升高后的水再次進入鍋爐完成一次循環(huán)。 忽略了一切不可逆因素之后,便得到了相應(yīng)的反映該實際動力裝置循環(huán)基本特征的可逆循環(huán)。 下一頁章節(jié)上一頁12462q1q2TSBCP下一頁章節(jié)上一頁416523ef(2)vpO(a)3p-v圖、T-s圖： ！各圖中的相應(yīng)點標(biāo)注符號要對應(yīng)。65241(2)3TOmn（b）s4.計算： 對1kg工質(zhì)而言：1）熱量和功： 吸熱量： 即T-s 圖中面積m4561nm 放熱量： 即T-s 圖中面積m32nm 作技術(shù)功： 即p-v圖

6、中面積e12fe 耗技術(shù)功： 即p-v圖中面積e43fe 循環(huán)凈熱： 循環(huán)凈功: 或： 2）熱效率: or 下一頁章節(jié)上一頁411hhq322hhq34hhwp210qqqpTwww02100qqqw10qwt121qqt211TTort21hhwT3）汽耗率: 若循環(huán)的汽耗量為D(kg/h),循環(huán)凈功為w0（kJ/kg） 則循環(huán)凈功率為: kW 汽耗率：產(chǎn)生1kWh(3600kJ)功所需消耗的蒸汽量。是循環(huán)的另一 經(jīng)濟性指標(biāo)。 kg/（kWh） ！注意式中各量的單位。4各點參數(shù)的確定： 利用“水和水蒸氣的熱力性質(zhì)圖表”或計算程序確定。 ！注意各點工質(zhì)所處的狀態(tài)。 狀態(tài)1：p1，t1 的過熱汽

7、 狀態(tài)2：p2，s2=s1的濕蒸汽 狀態(tài)3：p2下的飽和水 狀態(tài)4：p1, t4t3 的未飽和水 下一頁章節(jié)上一頁003600wDP 003600wPDd5說明：1） wP 與wT相比可略,認為T-s圖中的狀態(tài)點4與點3相重合,則h4h3 大為簡化了計算，而對計算精度的影響很小。2） 以上討論的是理想化的可逆循環(huán)，故其熱效率也稱理想熱效率。對有摩阻的實際不可逆循環(huán)，常以汽機相對內(nèi)效率和泵效率來修正。 ？在蒸汽動力循環(huán)中，乏汽凝結(jié)對外放出大量熱量而使循環(huán)熱效率不高，是否可以取消凝汽器而用壓縮機將乏汽升壓后送回鍋爐再加熱成新蒸汽呢？下一頁章節(jié)上一頁 蒸汽參數(shù)：指汽輪機的進汽參數(shù)(初溫、初壓)和排汽

8、參數(shù)（終壓）。 由公式 可見減少循環(huán)中溫差傳熱的外不可逆性提高 ，降低 ，即可提高循環(huán)熱效率（此處不考慮汽輪機中工質(zhì)膨脹時摩擦引起的內(nèi)部不可逆性）。為方便采用平均吸熱溫度和平均放熱溫度，由T-s圖分析。121TTt1T2T一、進汽溫度的影響： 在p1，p2保持不變的情下，t1t，且 x2 如圖：進汽溫度由t1提高到 ，則 ，而 不變，所以： 增大，由圖可見，同時x2。有利于汽輪機的安全工作。但t1的提高受到了過熱器金屬材料耐高溫性能的限制,一般t1在550右。6524123TOmn（b）s11t1T2T121TTt二、進汽壓力的影響： 在t1, p2保持不變的情況下，p1 t，且 x2 如圖：

9、進汽壓力從p1提高到 ， 則 ，而 不變。所以， 增大，由圖可見，同時x2 ，對汽輪機的安全工作不利，且隨壓力的增大，相應(yīng)的飽和溫度增加較慢，當(dāng)進汽壓力已經(jīng)較高時，繼續(xù)提高進汽壓力，則循環(huán)熱效率提高甚微，所以提高p1的同時應(yīng)提高t1才能取得理想的效果。6524123TOmns1465121TTt1p1T2T三、排汽壓力p2的影響： 在p1，t1 不變的情況下，p2 t，且 x2 如圖示:排氣壓力由p2降至 時，相應(yīng)的循環(huán)平均放熱溫度（飽和溫度） 降低 ， 而循環(huán)平均吸熱溫度 略有降低但影響甚微。所以， 增大，由圖可見p2時x2也減小了,對汽機的安全工作不利,且排汽溫度t2的降低受到了大氣環(huán)境溫

10、度的限制, 一般設(shè)計值為p2 =0.0040.005MPa 。相應(yīng)的t2=28.9832.90 。6524123TOmns34121TTt1T2T2pv三個蒸汽參數(shù)同時改變，可以三個蒸汽參數(shù)同時改變，可以大幅度地提高朗肯循環(huán)的熱效大幅度地提高朗肯循環(huán)的熱效率，但是，同時必須滿足排汽率，但是，同時必須滿足排汽干度達到規(guī)定值的要求?？梢愿啥冗_到規(guī)定值的要求?？梢圆捎迷贌嵫h(huán)、回?zé)嵫h(huán)的方采用再熱循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)的方法。法。 再熱循環(huán)：新蒸汽在汽輪機高壓部膨脹到一定壓力時，將其全部抽出送回鍋爐的再熱器中，進行再次過熱，然后在引入汽輪機低壓部繼續(xù)膨脹做功，最終膨脹成為乏汽，排出汽輪機。這樣既可提高汽輪機

11、的排汽干度，又可適當(dāng)提高循環(huán)熱效率。sA1223456BT012463AB 吸熱過程增加了A-B過程,膨脹過程為1-A和B-2過程，顯然x2增大了,再熱壓力pzr適當(dāng)時,熱效率)1(12TTt 二、計算：1.計算表達式:v工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的總吸熱量為工質(zhì)在省煤器、蒸發(fā)面和過熱器內(nèi)的吸熱量與在再熱器內(nèi)的吸熱量之和： q1=(h1-h4)+(hB-hA)v工質(zhì)在汽輪機內(nèi)所作的軸功為工質(zhì)在汽輪機高、低壓缸內(nèi)所作的軸功之和： wTs=(h1-hA)+(hB-h2)v工質(zhì)在凝汽器內(nèi)的放熱量為： q2=h2-h3v工質(zhì)在水泵內(nèi)消耗的軸功為：wPs=h4-h3v循環(huán)凈功為： w0=wTs-wPs=(h1-hA)

12、+(hB-h2)-(h4-h3)v再熱循環(huán)的熱效率為：v循環(huán)的汽耗率：(h1-hA)+(hB-h2)-(h4-h3)(h1-h4)+(hB-hA)q1w0t003600wPDdkg/(kwh)2.2.各點參數(shù)的確定各點參數(shù)的確定: : 利用“水和水蒸氣的熱力性質(zhì)圖表”或計算程序確定。 ！注意各點工質(zhì)所處的狀態(tài)。 狀態(tài)1： p1，t1 的過熱汽 狀態(tài)A：pzr， sA=s1 的過熱汽 狀態(tài)B： pzr，tB 的過熱汽 狀態(tài)2： p2，s2=sB的濕蒸汽 狀態(tài)3： p2下的飽和水 狀態(tài)4： p1, t4t3 的未飽和水 三、討論：三、討論： 1. 與朗肯循環(huán)比較的其它影響與朗肯循環(huán)比較的其它影響:

13、 在相同的初終參數(shù)下，采用再熱以后在相同的初終參數(shù)下，采用再熱以后，由于對于每千克工質(zhì)循環(huán)凈功增大了，汽耗率就可以降低，所以通過凝汽器和水泵的工質(zhì)流量減小，這些設(shè)備的重量和尺寸就可以減小，設(shè)備的投資費用隨之減小，但增加了再熱器、連接管道和閥門等，又會使設(shè)備的投資費用增加，且運行管理更為復(fù)雜。2.再熱壓力的合理選擇再熱壓力的合理選擇: 由由T-sT-s圖可見：若圖可見：若p pzrzr太低，則太低，則x x2 2增大明增大明顯但可能降低顯但可能降低t t, ,若若p pzrzr太高，則太高，則t t提高了，提高了，但但x x2 2增大很少，達不到再熱的目的，綜合增大很少，達不到再熱的目的，綜合考

14、慮考慮p pzrzr對對x x2 2和和t t的影響，存在一個最佳的的影響，存在一個最佳的p pzrzr既使既使x x2 2滿足規(guī)定的技術(shù)要求又能提高滿足規(guī)定的技術(shù)要求又能提高t ，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較后，一般選經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較后，一般選 p pzrzr= =（20203030） p p1 1范圍，范圍，t 可提高（可提高（4 45 5） 。v采用回?zé)嵫h(huán)的目的采用回?zé)嵫h(huán)的目的:朗肯循環(huán)熱效率不高的主要原因是經(jīng)水泵升壓后的未飽水溫度較低，導(dǎo)致循環(huán)的平均吸熱溫度較低，采用回?zé)岬姆椒梢蕴岣哐h(huán)的平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)熱效率 。v回?zé)嵫h(huán)：在一定壓力下從汽機適當(dāng)部位抽出部分作了一定功的蒸汽，將其

15、引入回?zé)峒訜崞鲀?nèi)加熱給水，使循環(huán)中水的吸熱溫度提高，以使 提高而達到提高循環(huán)熱效率的目的。也稱為抽汽回?zé)嵫h(huán)。121TTt1TsA2F （A）34561T0Akg（1-A）kg1kg12F63A4Akg（1-A）kg1kg A 二、計算：1.計算表達式:v注意：回?zé)嵫h(huán)中，工質(zhì)經(jīng)歷的各個過程中，質(zhì)流量可能不相等，故T-s圖上的面積不能直接代表熱量。v抽汽率： 由回?zé)崞鳠崞胶夥匠蹋?得： 忽略泵功則：h4=h3=h2AAAAhhh4144hhhhAAAv工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的吸熱量為 q1=h1-hF=h1-hAv工質(zhì)在汽輪機內(nèi)所做的軸功為 wTs=(h1-hA)+(1-A)(hA-h2)v工質(zhì)在凝汽器

16、內(nèi)的放熱量為 q2=(1-A)(h2-h3)v工質(zhì)在水泵內(nèi)消耗的總軸功為 wPs=(1-A)(h4-h3)+(hF-hA)v忽略泵功，回?zé)嵫h(huán)的熱效率和汽耗率分別為 1qwTstTswd36002.2.各點參數(shù)的確定各點參數(shù)的確定: : 利用“水和水蒸氣的熱力性質(zhì)圖表”或計算程序確定。 ！注意各點工質(zhì)所處的狀態(tài)。 狀態(tài)1： p1，t1 的過熱汽 狀態(tài)A：pA， sA=s1 的過熱汽 狀態(tài)A：PA下的飽和水 狀態(tài)2： p2，s2=s1的濕蒸汽 狀態(tài)3： p2下的飽和水 狀態(tài)4： p1, t4t3 的未飽和水 狀態(tài)F： pA, tFt A 的未飽和水三、討論：三、討論： 1.與朗肯循環(huán)比較的其它影響與朗肯循環(huán)比較的其它影響: 在相同的初終參數(shù)下，采用回?zé)嵋院笤谙嗤某踅K參數(shù)下，采用回?zé)嵋院?，由于抽汽使得q1，q2，w0, t,dvq1減小,可使鍋爐換熱面積減小,節(jié)省金屬材料。vd又抽汽使汽機的蒸汽流量高壓部分增大，而低壓部分減小，利于汽機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不至使首級葉片太短而末級葉片太長。v排汽少了，q2，所需凝汽器面積減少，可節(jié)省金屬材料，但增加了回?zé)崞?、水泵、管道、閥門等使系統(tǒng)復(fù)雜，投資增大。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較采用回?zé)崂笥诒?，故現(xiàn)代大型蒸汽動力裝置廣泛采用多級回?zé)嵫h(huán)。2 .回?zé)岢槠墧?shù)的合理選擇回?zé)岢槠墧?shù)的合理選擇: 抽汽級數(shù)抽汽級數(shù)越多越接近于理想回?zé)嵫h(huán)，不可逆越